CN115799974A - 一种导热结构及其制备方法、间接导热结构 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种导热结构及其制备方法、间接导热结构。导热结构焊接于半导体激光器，并对其进行散热。导热结构包括：在第二方向上层叠设置的第一助焊单元、第一金属单元、第一导热单元和基体。第一助焊单元在第一方向上的延伸长度大于或等于半导体激光器的谐振腔的腔长。第一助焊单元、第一金属单元、第一导热单元和基体在第一端面上齐平。上述结构设置可以使得导热结构的热导率达到490W/m.k，导热效果显著提高，热膨胀系数达到6‑6.5ppm/k，与焊料具有较好的粘附性，提高导热结构与半导体激光器的焊接强度。另外，导热结构具有齐平的第一端面可以方便半导体激光器与导热结构焊接过程中的对位，避免对半导体激光器出光面有遮挡。

Description

一种导热结构及其制备方法、间接导热结构

技术领域

本申请属于半导体技术领域，具体涉及一种导热结构及其制备方法、间接导热结构。

背景技术

半导体激光器发光工作时，存在散热的问题，因此在封装过程中需要采用导热结构来提高散热效果，而导热结构散热性能的好坏直接影响半导体激光器产品的质量。因此，需要采用热导率高、膨胀系数低的导热结构来提高散热效率。传统技术方案中提供的导热结构的热导率只能达到170W/mk，远不能满足大功率半导体激光器发光时的散热需求。

传统方案中导热结构仅包括基体和基体表面的铜镀层、镍镀层和金镀层，其导热效果有限，迫切需要一种导热效果更好的导热结构。

另一方面，传统方案中，层叠设置的铜镀层、镍镀层和金镀层的尺寸通常是一致的，并不能满足半导体激光器不同表面的散热需求，进一步限制了导热机结构的导热效果。

发明内容

本申请的目的是为了克服现有技术存在的半导体激光器发光时的散热问题，提供一种导热结构及其制备方法、间接导热结构，该导热结构及间接导热结构均应用于半导体激光器的散热，本申请中导热结构至少包括基体及基体上层叠设置的第一导热单元、第一金属单元、第一助焊单元，其结构设置可以使得导热结构的热导率达到490W/m.k，导热效果显著提高，热膨胀系数达到6-6.5ppm/k，与焊料具有较好的粘附性。

为了实现上述目的，本申请提供了一种应用于半导体激光器散热的导热结构，半导体激光器包括外延结构以及分别设置于所述外延结构层叠方向两外侧的顶电极和底电极，所述导热结构包括：

第一助焊单元，与所述顶电极或所述底电极接触，所述第一助焊单元在第一方向上的延伸长度大于或等于所述半导体激光器的谐振腔的腔长；所述第一方向为所述半导体激光器的谐振腔的延伸方向；

第一金属单元，与所述第一助焊单元在第二方向上层叠设置，所述第二方向为所述第一助焊单元指向所述第一金属单元的方向；所述第二方向与所述第一方向垂直；

第一导热单元，与所述第一金属单元在所述第二方向上层叠设置，并且远离所述第一助焊单元；

基体，与所述第一导热单元在所述第二方向上层叠设置，并且远离所述第一金属单元；

所述导热结构具有与所述第一方向垂直的第一端面，所述第一助焊单元、所述第一金属单元、所述第一导热单元和所述基体在所述第一端面上齐平。

在一个实施例中，在所述第一方向上，所述半导体激光器的谐振腔的腔长为L0；所述第一助焊单元的延伸长度为L1；所述第一金属单元的长度为L2；所述第一导热单元的长度为L3；所述基体的长度为L4；L0≤L1＜L2＜L3＜L4。

在一个实施例中，85%*L4≤L3≤95%*L4，和/或，85%*L3≤L2≤95%*L3，和/或，85%*L2≤L1≤95%*L2，和/或，85%*L1≤L0≤95%*L1。

在一个实施例中，所述导热结构还包括：

第二导热单元，与所述基体在所述第二方向上层叠设置，并且所述第二导热单元设置于所述基体远离所述第一导热单元的一面；

第二金属单元，与所述第二导热单元在所述第二方向上层叠设置，并且所述第二金属单元设置于所述第二导热单元远离所述基体的一面；

第二助焊单元，与所述第二金属单元在所述第二方向上层叠设置，并且所述第二助焊单元设置于所述第二金属单元远离所述第二导热单元的一面，所述第二助焊单元与所述底电极或所述顶电极接触；

所述第二导热单元、所述第二金属单元和所述第二助焊单元具有与所述第一端面齐平的表面。

在一个实施例中，在所述第一方向上，所述第二导热单元的长度为L5；所述第二金属单元的长度为L6；所述第二助焊单元在所述第一方向上的延伸长度为L7；L0≤L7＜L6＜L5＜L4。

在一个实施例中，L0=L1=L7=L2*90%，L2=L6＝L3*90%，L3=L5=L4*90%。

在一个实施例中，当多个所述半导体激光器和多个所述导热结构依次排列时：

任意两个相邻的所述导热结构之间设置一个所述半导体激光器；

在所述第一方向上，所述顶电极侧导热单元的长度大于所述底电极侧导热单元的长度。

在一个实施例中，所述第一助焊单元至少包括依次层叠设置的第一助焊铂层和第一助焊金层，所述第一助焊铂层与所述第一金属单元接触；

所述第一金属单元至少包括依次层叠设置的第一铜层、第一镍层和第一金层，所述第一铜层与所述第一导热单元接触；

所述第一导热单元至少包括一层材料为石墨烯或者石墨烯与热导率大于200W/mk的材料的混合物。

在一个实施例中，所述第一导热单元的厚度为：5μm-50μm；和/或，所述第一金属单元的厚度为8μm-13μm；和/或，所述第一助焊单元的厚度为1μm-2μm。

本申请还提供一种与上述任一实施例中所述的导热结构配合使用的间接导热结构，包括：

间接基体；

第三导热单元，设置于所述间接基体的表面；

第三金属单元，设置于所述第三导热单元远离所述间接基体的表面；

第三助焊单元，设置于所述第三金属单元远离所述第三导热单元的表面；

所述间接导热结构与所述导热结构配合时，所述第三助焊单元的中线到所述第一端面之间的距离为D1，所述第三金属单元的中线到所述第一端面之间的距离为D2，所述第三导热单元的中线到所述第一端面之间的距离为D3，D1＜D2＜D3。

本申请还提供一种应用于半导体激光器散热的导热结构的制备方法，半导体激光器包括外延结构以及分别设置于所述外延结构层叠方向两外侧的顶电极和底电极，包括：

提供基体；

在所述基体的表面制备第一导热单元；

在所述第一导热单元远离所述基体的表面制备第一金属单元；

在所述第一金属单元远离所述第一导热单元的表面制备第一助焊单元，所述第一助焊单元在第一方向上的延伸长度大于或等于所述半导体激光器的谐振腔的腔长；所述第一方向为所述半导体激光器的谐振腔的延伸方向；

所述导热结构具有与所述第一方向垂直的第一端面，所述第一助焊单元、所述第一金属单元、所述第一导热单元和所述基体在所述第一端面上齐平。

本申请还提供一种应用于半导体激光器散热的导热结构的制备方法，包括：

提供基体；

在所述基体的相背的两个表面分别制备第一导热单元和第二导热单元；

在所述第一导热单元远离所述基体的表面以及在所述第二导热单元远离所述基体的表面同时制备第一金属单元和第二金属单元；；

在所述第一金属单元远离所述第一导热单元的表面以及在所述第二金属单元远离所述第二导热单元的表面同时制备第一助焊单元和第二助焊单元，所述第一助焊单元在第一方向上的延伸长度大于或等于所述半导体激光器的谐振腔的腔长；所述第二助焊单元在所述第一方向上的延伸长度大于或等于所述半导体激光器的谐振腔的腔长；所述第一方向为所述半导体激光器的谐振腔的延伸方向；

并且所述导热结构具有与所述第一方向垂直的第一端面，所述第一助焊单元、所述第一金属单元、所述第一导热单元和所述基体在所述第一端面上齐平。

本申请提供了一种导热结构及其制备方法、间接导热结构。导热结构焊接于半导体激光器，并对其进行散热。导热结构包括：在第二方向上层叠设置的第一助焊单元、第一金属单元、第一导热单元和基体。第一助焊单元在第一方向上的延伸长度大于或等于半导体激光器的谐振腔的腔长。第一助焊单元、第一金属单元、第一导热单元和基体在第一端面上齐平。上述结构设置可以使得导热结构的热导率达到490W/m.k，导热效果显著提高，热膨胀系数达到6-6.5ppm/k，与焊料具有较好的粘附性，提高导热结构与半导体激光器的焊接强度。另外，导热结构具有齐平的第一端面可以方便半导体激光器与导热结构焊接过程中的对位，避免对半导体激光器出光面有遮挡。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本申请一个实施例提供的应用于半导体激光器散热的导热结构的示意图；

图2为本申请一个实施例提供的半导体激光器与导热结构焊接时的示意图；

图3为本申请另一个实施例提供的应用于半导体激光器散热的导热结构的示意图；

图4为本申请一个实施例提供的应用于半导体激光器散热的间接导热结构的示意图；

图5为本申请再一个实施例提供的半导体激光器与导热结构和间接导热结构焊接时的示意图；

图6为本申请又一个实施例提供的半导体激光器与导热结构焊接时的示意图；

图7为本申请又一个实施例提供的半导体激光器与导热结构焊接时的示意图。

附图标记说明

导热结构100：基体10、第一导热单元11、第二导热单元12、第一金属单元13、第二金属单元14、第一助焊单元15、第二助焊单元16；

第一铜层131、第一镍层132、第一金层133、第二铜层141、第二镍层142、第二金层143、第一助焊铂层151、第一助焊金层152、第二助焊铂层161、第二助焊金层162；

半导体激光器200、焊料300；

间接导热结构400：间接基体40、第三导热单元41、第三金属单元42、第三助焊单元43。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例（包括不同的实施例中所包括的特征之间相互组合形成新的实施例），都属于本申请保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

请参阅图1，本申请提供一种应用于半导体激光器散热的导热结构100。其中，半导体激光器200包括外延结构以及分别设置于外延结构层叠方向两外侧的顶电极和底电极。

导热结构100包括：层叠设置的基体10、第一导热单元11、第一金属单元13、第一助焊单元15。其中，第一导热单元11、第一金属单元13和第一助焊单元15可以包括一个或多个膜层，在此并不限定。第一助焊单元15、第一金属单元13、第一导热单元11和基体10在第一方向上的延伸长度不完全相等。

第一助焊单元15与顶电极或底电极接触。顶电极和/或底电极与导热结构100中的第一助焊单元15通过焊料300（详见图2）焊接。第一助焊单元15在第一方向上的延伸长度为L1，半导体激光器200的谐振腔的腔长为L0，L0≤L1。第一方向为半导体激光器200的谐振腔的延伸方向。一般地边发射激光器的谐振腔的腔长在1000μm-4000μm。

第一金属单元13与第一助焊单元15在第二方向上层叠设置。在第一方向上，第一金属单元13的长度L2，可以设置L1≤L2。第二方向为第一助焊单元15指向第一金属单元13的方向。第二方向与第一方向垂直。

第一导热单元11与第一金属单元13在第二方向上层叠设置，并且远离第一助焊单元15。在第一方向上，第一导热单元11的长度L3，可以设置L2≤L3。

基体10与第一导热单元11在第二方向上层叠设置，并且远离第一金属单元13。在第一方向上，基体10的长度为L4，可以设置L3≤L4。

导热结构100具有与第一方向垂直的第一端面，第一助焊单元15、第一金属单元13、第一导热单元11和基体10在第一端面上齐平。

对于导热结构100中，层叠设置的基体10、第一导热单元11、第一金属单元13、第一助焊单元15在第一方向上的长度关系L0≤L1≤L2≤L3≤L4中，包括很多种情况，比如：L0＜L1＜L2＜L3＜L4、L0≤L1＜L2＜L3=L4、L0=L1＜L2＜L3＜L4、L0=L1＜L2=L3＜L4、L0＜L1=L2＜L3=L4、L0＜L1＜L2＜L3=L4等多种情况，均在本申请的保护范围内。

具体的，半导体激光器200包括：外延结构以及分别设置于外延结构层叠方向两外侧的顶电极和底电极。外延结构包括自下而上依次层叠设置的衬底、下限制层、下波导层、有源层、上波导层、上限制层和电极接触层。衬底可以是GaAs衬底。衬底和下限制层之间还可以设置缓冲层。有源层可以包括下势垒层、量子阱层和上势垒层。下势垒层和上势垒层将载流子阻挡限制在量子阱层中。在通电情况下，有源层可以受激发射不同波长范围的激光（比如700nm至1100nm)。上述下限制层可以是n型限制层也可以是p型限制层。上述下波导层可以是n型波导层也可以是p型波导层。对应的，上述上波导层可以是p型波导层也可以是n型波导层。上限制层可以是p型限制层也可以是n型限制层。电极接触层可以设置为很薄的、高导电率的材料。

比如对于多个N型半导体激光器200（N型下限制层和N型下波导层，P型上限制层和P型上波导层）与多个导热结构100接触时，可以参阅图2，设置N型半导体激光器200的底电极（N面电极）与第一个导热结构100-1的第一助焊单元15通过焊料300焊接。N型半导体激光器200的顶电极（P面电极）与第二个导热结构100-2的第一助焊单元15通过焊料300焊接。而在第一个导热结构100-1远离N型半导体激光器200的一侧，设置第三个导热结构100-3，并且第三个导热结构100-3的基体10与第一个导热结构100的基体10通过焊料300焊接。在第二个导热结构100-2远离N型半导体激光器200的一侧，设置第四个导热结构100-4，并且第四个导热结构100-4的基体10与第二个导热结构100-2的基体10通过焊料300焊接。其中的，第一个导热结构100-1和第四个导热结构100-4与图1中的导热结构100完全一致。而第二个导热结构100-2和第三个导热结构100-3完全一致，且与图1中的导热结构100不完全一致。两类导热结构100分别在基体10的两个不同表面朝着远离基体10的方向依次设置了导热单元-金属单元-助焊单元，并且均具有齐平的第一端面。

本实施例中，提供了一种应用于半导体激光器散热的导热结构100，该导热结构100包括了在基体10表面依次层叠设置的第一导热单元11、第一金属单元13、第一助焊单元15，其第一导热单元11选用石墨烯或者热导率大于200W/mk的材料，即可形成热导率大于490W/m.k，热膨胀系数约为6-6.5ppm/k的导热结构100。并且该导热结构100与焊料300具有较好的粘附性。

另外，本申请提供的导热结构100：一方面，第一助焊单元15、第一金属单元13、第一导热单元11和基体10在第一方向的长度关系L0≤L1≤L2≤L3≤L4，可以避免工艺过程中误差导致层与层之间的界限模糊，更优的当L1＜L2＜L3＜L4时，层与层之间还可以形成有效的包覆/阻隔。另一方面，导热结构100具有齐平的第一端面，可以方便半导体激光器200与导热结构100焊接过程中的对位，避免对半导体激光器200出光面有遮挡。再一方面，第一导热单元11的最短长度大于或等于半导体激光器200的谐振腔的腔长L0可以扩大散热面积充分提高散热效率。

在一个实施例中，85%*L4≤L3≤95%*L4，和/或，85%*L3≤L2≤95%*L3，和/或，85%*L2≤L1≤95%*L2。更优选地，L3=90%*L4，L2=90%*L3，L1=90%*L2。本实施例中，限定的不同单元在第一方向的长度关系，避免工艺过程中误差导致层与层之间的界限模糊。当后面制备的一层/一单元的长度等于前面制备的一层/一单元的长度的90%时，可以在前面制备的一层/一单元上形成有效的包覆/阻隔，避免制备过程中金属流淌影响导热结构100的侧面形态。

请参阅图3，在一个实施例中，导热结构100还包括：第二导热单元12、第二金属单元14和第二助焊单元16。

第二导热单元12,与基体10在第二方向上层叠设置，并且第二导热单元12设置于基体10远离第一导热单元11的一面。第二导热单元12与第一导热单元11相对于基体10对称设置。当导热单元包括多层时，各层与基体10的相对位置也是对称的，此处的对称是指结构上的对称，或者膜层上的对称，对于第二导热单元12与第一导热单元11在第一方向上的延伸长度并不一定对称。

第二金属单元14与第二导热单元12在第二方向上层叠设置，并且第二金属单元14设置于第二导热单元12远离基体10的一面。第二金属单元14与第一金属单元13相对于基体10对称设置。当金属单元包括多层时，各层与基体10的相对位置也是对称的，此处的对称是指结构上的对称，或者膜层上的对称，对于第二金属单元14与第一金属单元13在第一方向上的延伸长度并不一定对称。

第二助焊单元16与第二金属单元14在第二方向上层叠设置，并且第二助焊单元16设置于第二金属单元14远离第二导热单元12的一面。第二助焊单元16与底电极或顶电极接触。第二助焊单元16与第一助焊单元15相对于基体10对称设置。当助焊单元包括多层时，各层与基体10的相对位置也是对称的，此处的对称是指结构上的对称，或者膜层上的对称，对于第二助焊单元16与第一助焊单元15在第一方向上的延伸长度并不一定对称。

本实施例中，将导热单元、金属单元和助焊单元均相对于基体10进行了对称性的设置。当需要对多个半导体激光器200和多个导热结构100进行焊接时，可以减少导热结构100的使用数量，降低排巴难度，同时减少了焊接次数，提高工作效率。由于两个导热单元、两个金属单元和两个助焊单元的膜层结构均相对于基体10进行了对称性的设置，因此，对于对称的膜层可以在基体10的相背离的两个表面同时制备，降低了导热结构100制备工艺的复杂程度，同时提高了导热结构100的制备效率。

请继续参阅图3，在一个实施例中，第二助焊单元16在第一方向上的延伸长度为L7，L0≤L7。在第一方向上，第二金属单元14的长度为L6，L7≤L6。在第一方向上，第二导热单元12的长度为L5，L6≤L5≤L4。

本实施例中，第二助焊单元16、第二金属单元14和第二导热单元12在第一方向上的长度关系满足以下关系式：L0≤L7≤L6≤L5≤L4。该关系式可以包括多种情况，比如：L0＜L7＜L6＜L5＜L4、L0=L7＜L6＜L5=L4、L0=L7＜L6＜L5＜L4、L0=L7＜L6=L5＜L4、L0＜L7=L6＜L5=L4、L0＜L7＜L6＜L5=L4等其他情况，均在本申请的保护范围内。第二助焊层和/或第二金属层的最短长度等于半导体激光器200的谐振腔的腔长，可以保证有良好的散热效率。

在另外的实施例中，更优选的可以设置85%*L4≤L5≤95%*L4，和/或，85%*L5≤L6≤95%*L5，和/或，85%*L6≤L7≤95%*L6，和/或，85%*L7≤L0≤95%*L7。

在上述长度关系中，各个单元层的长度逐渐递减，后一层的长度设置约为前一层长度的85%-95%，可以保证各层的制备效果；避免工艺过程中误差导致层与层之间的界限模糊。在前一层的5%-15%的长度上可以形成有效的包覆/阻隔。

在一个具体的实施例中，L0=L1=L7=L2*90%，L2=L6=L3*90%，L3=L5=L4*90%。

本实施例中，在基体10的两侧的第一导热单元11和第二导热单元12的在第一方向的长度相等L3=L5、第一金属单元13和第二金属单元14在第一方向的长度相等L2=L6、第一助焊单元15和第二助焊单元16在第一方向的长度相等L1=L7。并且，L0=L1=L7即半导体激光器200的腔长与第一助焊单元15和第二助焊单元16的长度相等，方便叠巴和焊接时的对位。每一单元与前一单元之间相差10%的长度，可以在制备导热结构100的各单元过程中形成有效的包覆/阻隔。

在一个实施例中，当多个半导体激光器200和多个导热结构100依次排列时：如图6所示，任意两个相邻的导热结构100之间设置一个半导体激光器200。在第一方向上，顶电极侧导热单元的长度大于底电极侧导热单元的长度。如图6所示，半导体激光器200的顶电极与一个导热结构100中的第二助焊单元16接触（即顶电极侧导热单元为第二导热单元12）。半导体激光器200的底电极与另一个导热结构100中的第一助焊单元15接触（即底电极侧导热单元为第一导热单元11）。两个导热结构100中第二导热单元12的长度L5和第一导热单元11的长度L3满足： L5＞L3。具体的，L3和L5之间可以满足：L5*60%≤L3≤L5*90%。

本实施例中，导热结构100包括沿第二方向依次设置的第一助焊单元15、第一金属单元13、第一导热单元11、基体10、第二导热单元12、第二金属单元14、第二助焊单元16，其中至少第一导热单元11和第二导热单元12沿第一方向的长度不同（在第一方向上，顶电极侧导热单元（第二导热单元12）的长度大于底电极侧导热单元（第一导热单元11）的长度），第一导热单元11靠近半导体激光器200的顶电极侧，第二导热单元12靠近半导体激光器200的底电极侧。第一导热单元11和第二导热单元12不对称的设置可以满足半导体激光器200的底电极侧和顶电极侧，这两个表面的不同散热需求，使得导热结构100的散热效果得到进一步提升。

在一个实施例中，导热结构100的厚度可以参照以下方式进行设置：第一导热单元11的厚度为5μm-50μm；和/或，第一金属单元13的厚度为8μm-13μm；和/或，第一助焊单元15的厚度为1μm-2μm。

更具体的，在一个实施例中，基体10可以是碳化硅或导热系数≥400W/(m·K)的其他材料，比如氮化硅等。本申请用到的基体10为碳化硅，厚度可以设置为0.5mm-0.8mm。

第一导热单元11和/或第二导热单元12的材料为石墨烯或者石墨烯与热导率大于200W/mk的材料的混合物。本申请中用到的第一导热单元11和/或第二导热单元12的材料为石墨烯，厚度可以设置为5μm-50μm。第一导热单元11和/或第二导热单元12可以提高半导体激光器200的散热效率。

第一金属单元13至少包括沿第二方向依次层叠设置的金、镍、铜三层。第二金属单元14至少包括沿第二方向依次层叠设置的铜、镍、金三层。其中，分别与第一导热单元11和第二导热单元12接触的铜层的厚度可以设置为5μm-8μm，设置该铜层便于更好的镀镍。与上述铜层直接接触的镍层的厚度可以设置为2μm-4μm，设置该镍层的主要作用是防止表面氧化，也便于更好的镀金。与上述镍层直接接触的金层的厚度可以设置为0.05μm-0.08μm，设置该金层可以更好的与焊料300进行融合，更好的实现与半导体激光器200的焊接。

更具体的，可参阅图1和图3第一金属单元13所包含的第一铜层131、第一镍层132、第一金层133，三层在第一方向上的长度可以按照远离第一导热单元11的方向，设计的越来越短。第一铜层131、第一镍层132、第一金层133在第一方向上的长度逐层变化时，仍需满足L2的设计要求。第一铜层131、第一镍层132、第一金层133在第一方向上的最短长度L1，最长长度L3。同理，第二金属单元14所包含的第二铜层141、第二镍层142、第二金层143在第一方向上的长度可以按照远离第二导热单元12的方向，设计的越来越短。第二铜层141、第二镍层142、第二金层143在第一方向上的长度逐层变化的同时，仍需满足L6的设计要求。第二铜层141、第二镍层142、第二金层143三层在第一方向上的最短长度L7，最长长度L5。

第一助焊单元15至少包括沿第二方向依次层叠设置的金和铂两层。第二助焊单元16至少包括沿第二方向依次层叠设置的铂和金两层。其中，上述铂层的厚度可以设置为0.025μm-005μm，该铂层的主要作用是防止表面高温焊料300融化氧化。上述金层的厚度可以设置为0.8μm-1.2μm。该铂层的主要作用是防止表面氧化，与焊料300更好的融合焊接。

更具体的，第一助焊单元15包括第一助焊铂层151、第一助焊金层152，两层在第一方向上的长度可以按照远离第一金属单元13的方向，设计的越来越短。第一助焊铂层151、第一助焊金层152在第一方向上的长度需满足L1的设计要求。第一助焊铂层151、第一助焊金层152在第一方向上的最短长度L0。同理，第二助焊单元16所包含的第二助焊铂层161、第二助焊金层162，两层在第一方向上的长度可以按照远离第二金属单元14的方向，设计的越来越短。第二助焊铂层161、第二助焊金层162在第一方向上的长度需满足L7的设计要求。第二助焊铂层161、第二助焊金层162在第一方向上的最短长度L0。

请参阅图4和图5，本申请还提供一种与上述任一实施例中提供的导热结构100配合使用的间接导热结构400，图4为间接导热结构400的示意图，图5为半导体激光器200、导热结构100和间接导热结构400三者焊接时的示意图。间接导热结构400包括：间接基体40、第三导热单元41、第三金属单元42和第三助焊单元43。

间接基体40的材料可以与上述实施例中基体10的材料一致。第三导热单元41，设置于间接基体40的表面。第三金属单元42，设置于第三导热单元41远离间接基体40的表面。第三金属单元42的材料可以与上述实施例中第一金属单元13/第二金属单元14的材料一致。第三助焊单元43，设置于第三金属单元42远离第三导热单元41的表面。第三助焊单元43的材料可以与上述实施例中第一助焊单元15/第二助焊单元16的材料一致。

如图5中所示，间接导热结构400与导热结构100配合时，第三助焊单元43的中线到第一端面之间的距离为D1，第三金属单元42的中线到第一端面之间的距离为D2，第三导热单元41的中线到第一端面之间的距离为D3，D1＜D2＜D3。图5中第三助焊单元43、第三金属单元42和第三导热单元41均可以包括多层，每一层的尺寸均需要结合待对位配合的导热结构100的具体尺寸进行计算调整。第三助焊单元43的中线、第三金属单元42的中线和第三导热单元41的中线均与第二方向平行。

本实施例中，如图5中所示，第五个导热结构100-5与第六个导热结构100-6之间通过焊料300焊接一个半导体激光器200（顶电极和底电极）。第六个导热结构100-6与第七个导热结构100-7之间通过焊料300焊接一个半导体激光器200。半导体激光器200的出光腔面与第一端面齐平。半导体激光器200的反射腔面与间接导热结构400通过焊料300焊接，在半导体激光器200的反射腔面与间接导热结构400的接触面，间接导热结构400设置凹槽（图5中空白填充处，未标号），避免高温焊料300流淌至反射腔面，影响器件性能。本实施例中，设置间接导热结构400可以通过第一导热单元11、第二导热单元12和第三导热单元41之间的热传递，将半导体激光器200发光时散发的热量快速导出，通过扩大散热接触面积，进一步提高散热效率。

在一个实施例中，提供一种应用于半导体激光器散热的导热结构的制备方法，包括：

提供基体10，如厚度为0.5㎜的碳化硅。基体10在第一方向的长度为L4。

在基体10的第一表面和第二表面分别制备厚度为30μm的石墨烯，以形成第一导热单元11和第二导热单元12。第一导热单元11和第二导热单元12在第一方向的长度分别为L3和L5，可以设置L3=L5=90%*L4。第一表面和第二表面相背设置。石墨烯的制备方法有很多种，比如可以采用热生长发生成石墨烯、碳氢化合物与金属反应后，再金属腐蚀生成石墨烯、碳重构逐渐形成石墨烯等的方法。

在第一导热单元11和第二导热单元12远离基体10的表面依次制备铜层、镍层、金层，以形成第一金属单元13（第一铜层131、第一镍层132、第一金层133）和第二金属单元14（第二铜层141、第二镍层142、第二金层143）。第一金属单元13和第二金属单元14在第一方向的长度分别为L2和L6，可以设置L2=L6=90%*L3。其中铜层（第一铜层131和第二铜层141）的厚度为7μm，镍层（第一镍层132和第二镍层142）的厚度为3μm，金层（第一金层133和第二金层143）的厚度为0.06μm。第一金属单元13和第二金属单元14中的各层可以采用电镀的方式制备。更细化地，在一些实施例中，第一铜层131、第一镍层132、第一金层133在第一方向上的延伸长度分别为L131、L132和L133（图未示），可以设置L2≤L133＜L132＜L131≤L3。同理，在一些实施例中，第二铜层141、第二镍层142、第二金层143在第一方向上的延伸长度分别为L141、L142和L143（图未示），可以设置L6≤L143＜L142＜L141≤L5。

在第一金属单元13和第二金属单元14远离基体10的表面依次制备铂层和金层，以形成第一助焊单元15（第一助焊铂层151和第一助焊金层152）和第二助焊单元16（第二助焊铂层161和第二助焊金层162）。第一助焊单元15和第二助焊单元16在第一方向的长度分别为L1和L7，可以设置L1=L7=90%*L2。第一助焊单元15和第二助焊单元16可以防止表面高温焊料300融化氧化，与焊料300实现更好的焊接。其中，铂层（第一助焊铂层151和第二助焊铂层161）的厚度为0.03μm，金层（第一助焊金层152和第二助焊金层162）的厚度为1.0μm。覆金的主要作用是防止表面氧化，与焊料300更好的融合焊接。第一助焊单元15和第二助焊单元16在第一方向的长度L1=L7≥L0。更细化地，在一些实施例中，第一助焊铂层151和第一助焊金层152在第一方向上的延伸长度分别为L151和L152（图未示），可以设置L1≤L152＜L151≤L2。同理，在一些实施例中，第二助焊铂层161和第二助焊金层162在第一方向上的延伸长度分别为L161和L162（图未示），可以设置L7≤L143＜L142＜L141≤L6。

本实施例中，制备的导热结构100中，在第一方向的长度依次减少10%，基体10两侧的第一导热单元11和第二导热单元12（石墨烯单层）的长度相等，基体10两侧的第一铜层131和第二铜层141的长度相等，基体10两侧的第一镍层132和第二镍层142的长度相等，基体10两侧的第一金层133和第二金层143的长度相等，基体10两侧的第一助焊铂层151和第二助焊铂层161的长度相等，基体10两侧的第一助焊金层152和第二助焊金层162的长度相等。并且，导热结构100中具有齐平的第一端面。

本实施例中，基体10两侧的结构同时制备可以大大节约导热结构100的制备时间，提高效率。一方面，第一助焊单元15、第一金属单元13、第一导热单元11和基体10在第一方向的长度关系L0=L1=L7＜L2=L6＜L3=L5＜L4，可以避免工艺过程中误差导致层与层之间的界限模糊，更有利于层与层之间形成有效的包覆/阻隔，并且制备工艺简单可操作性强。另一方面，导热结构100具有齐平的第一端面，可以方便半导体激光器200与导热结构100焊接过程中的对位，避免对半导体激光器200出光面有遮挡。再一方面，第一导热单元11的最短长度大于或等于半导体激光器200的谐振腔的腔长L0可以扩大散热面积充分提高散热效率。

本申请一个实施例中还提供一种应用于半导体激光器散热的导热结构100的制备方法。半导体激光器200包括外延结构以及分别设置于外延结构层叠方向两外侧的顶电极和底电极。导热结构100的制备方法包括：

提供基体10。

在基体10的表面制备第一导热单元11。

在第一导热单元11远离基体10的表面制备第一金属单元13。

在第一金属单元13远离第一导热单元11的表面制备第一助焊单元15，第一助焊单元15在第一方向上的延伸长度大于或等于半导体激光器200的谐振腔的腔长。第一方向为半导体激光器200的谐振腔的延伸方向。

导热结构100具有与第一方向垂直的第一端面，第一助焊单元15、第一金属单元13、第一导热单元11和基体10在第一端面上齐平。

本实施例中的提供在基体10的一侧制备依次层叠设置的第一导热单元11、第一金属单元13和第一助焊单元15，其制备完成后得到的导热结构100可以如图1所示，也可以与图1相反，第一导热单元11、第一金属单元13和第一助焊单元15依次层叠设置于基体10的右侧。在基体10 的表面依次层叠设置第一导热单元11、第一金属单元13和第一助焊单元15可以使得导热结构100的热导率达到490W/m.k，导热效果显著提高，热膨胀系数达到6-6.5ppm/k，与焊料具有较好的粘附性。

请参阅图6，第八个导热结构100-8与第九个导热结构100-9之间通过焊料300焊接一个半导体激光器200（顶电极和底电极）。第九个导热结构100-9与第十个导热结构100-10之间通过焊料300焊接一个半导体激光器200（顶电极和底电极）。该导热结构100中，第二导热单元12在第一方向的长度大于第一导热单元11在第一方向的长度。第一导热单元11、第一金属单元13和第一助焊单元15在第一方向的长度相等。半导体激光器200的出光腔面与第一端面齐平。半导体激光器200的反射腔面与间接导热结构400通过焊料300焊接，在半导体激光器200的反射腔面与间接导热结构400的接触面，间接导热结构400设置凹槽（图6中空白填充处，未标号），避免高温焊料300流淌至反射腔面，影响器件性能。本实施例中，第二导热单元12在第一方向的长度大于第一导热单元11在第一方向的长度，增大了第二导热单元12侧的散热面积，加快了与第二导热单元12靠近的半导体激光器200的接触面的散热频率。进一步通过第一导热单元11、第二导热单元12和第三导热单元41之间的热传递，将半导体激光器200发光时散发的热量快速导出，通过扩大散热接触面积，进一步提高散热效率。

请参阅图7，第十一个导热结构100-11与第十二个导热结构100-12之间通过焊料300焊接一个半导体激光器200。该导热结构100中，第一导热单元11、第一金属单元13和第一助焊单元15在第一方向的长度分别与第二导热单元12、第二金属单元14和第二助焊单元16在第一方向的长度均不相等。第一金属单元13中的各层在第一方向的长度均不相等。第二金属单元14中的各层在第一方向的长度均不相等。第二助焊单元16中的各层在第一方向的长度均不相等。本实施例中，导热结构100中各单元在第一方向的长度可以任意设定，同时与之对应的间隔导热结构100的尺寸需对位配合，以实现通过第一导热单元11、第二导热单元12和第三导热单元41之间的热传递，将半导体激光器200发光时散发的热量快速导出，通过扩大散热接触面积，进一步提高散热效率。

本申请提供的导热结构100的层叠结构设计可以使得其热导率至少为490W/m.k，热膨胀系数6-6.5ppm/k，与焊料300具有较好的粘附性。具体的，导热结构100可以相对于基体10对称设计（如图5所示），其制备工艺简单，导热结构100的生产效率更高。另外，导热结构100也可以相对于基体10非对称设计（图6和图7所示），非对称设计可以结合半导体激光器200的具体结构，来增大散热需求更大的面所对应的导热结构100的散热面积，满足半导体激光器200不同面的散热需求，进一步的实现个性化的匹配散热，更高效的将半导体激光器200产生的废热传导至外界。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (12)

1.一种应用于半导体激光器散热的导热结构，半导体激光器包括外延结构以及分别设置于所述外延结构层叠方向两外侧的顶电极和底电极，其特征在于，所述导热结构包括：

第一助焊单元，与所述顶电极或所述底电极接触，所述第一助焊单元在第一方向上的延伸长度大于或等于所述半导体激光器的谐振腔的腔长；所述第一方向为所述半导体激光器的谐振腔的延伸方向；

第一金属单元，与所述第一助焊单元在第二方向上层叠设置，所述第二方向为所述第一助焊单元指向所述第一金属单元的方向；所述第二方向与所述第一方向垂直；

第一导热单元，与所述第一金属单元在所述第二方向上层叠设置，并且远离所述第一助焊单元；

基体，与所述第一导热单元在所述第二方向上层叠设置，并且远离所述第一金属单元；

所述导热结构具有与所述第一方向垂直的第一端面，所述第一助焊单元、所述第一金属单元、所述第一导热单元和所述基体在所述第一端面上齐平。

2.根据权利要求1所述的导热结构，其特征在于，在所述第一方向上，所述半导体激光器的谐振腔的腔长为L0；所述第一助焊单元的延伸长度为L1；所述第一金属单元的长度为L2；所述第一导热单元的长度为L3；所述基体的长度为L4；L0≤L1＜L2＜L3＜L4。

3.根据权利要求1所述的导热结构，其特征在于，85%*L4≤L3≤95%*L4，和/或，85%*L3≤L2≤95%*L3，和/或，85%*L2≤L1≤95%*L2，和/或，85%*L1≤L0≤95%*L1。

4.根据权利要求3所述的导热结构，其特征在于，所述导热结构还包括：

第二导热单元，与所述基体在所述第二方向上层叠设置，并且所述第二导热单元设置于所述基体远离所述第一导热单元的一面；

第二金属单元，与所述第二导热单元在所述第二方向上层叠设置，并且所述第二金属单元设置于所述第二导热单元远离所述基体的一面；

第二助焊单元，与所述第二金属单元在所述第二方向上层叠设置，并且所述第二助焊单元设置于所述第二金属单元远离所述第二导热单元的一面，所述第二助焊单元与所述底电极或所述顶电极接触；

所述第二导热单元、所述第二金属单元和所述第二助焊单元具有与所述第一端面齐平的表面。

5.根据权利要求4所述的导热结构，其特征在于，在所述第一方向上，所述第二导热单元的长度为L5；所述第二金属单元的长度为L6；所述第二助焊单元在所述第一方向上的延伸长度为L7；L0≤L7＜L6＜L5＜L4。

6.根据权利要求5所述的导热结构，其特征在于，L0=L1=L7=L2*90%，L2=L6＝L3*90%，L3=L5=L4*90%。

7.根据权利要求4所述的导热结构，其特征在于，当多个所述半导体激光器和多个所述导热结构依次排列时：

任意两个相邻的所述导热结构之间设置一个所述半导体激光器；

在所述第一方向上，所述顶电极侧导热单元的长度大于所述底电极侧导热单元的长度。

8.根据权利要求1-7中任一项所述的导热结构，其特征在于，所述第一助焊单元至少包括依次层叠设置的第一助焊铂层和第一助焊金层，所述第一助焊铂层与所述第一金属单元接触；

所述第一金属单元至少包括依次层叠设置的第一铜层、第一镍层和第一金层，所述第一铜层与所述第一导热单元接触；

所述第一导热单元至少包括一层材料为石墨烯或者石墨烯与热导率大于200W/mk的材料的混合物。

9.根据权利要求1-7中任一项所述的导热结构，其特征在于，所述第一导热单元的厚度为：5μm-50μm；和/或，所述第一金属单元的厚度为8μm-13μm；和/或，所述第一助焊单元的厚度为1μm-2μm。

10.一种与上述权利要求1-9中任一项所述的导热结构配合使用的间接导热结构，其特征在于，包括：

间接基体；

第三导热单元，设置于所述间接基体的表面；

第三金属单元，设置于所述第三导热单元远离所述间接基体的表面；

第三助焊单元，设置于所述第三金属单元远离所述第三导热单元的表面；

所述间接导热结构与所述导热结构配合时，所述第三助焊单元的中线到所述第一端面之间的距离为D1，所述第三金属单元的中线到所述第一端面之间的距离为D2，所述第三导热单元的中线到所述第一端面之间的距离为D3，D1＜D2＜D3。

11.一种应用于半导体激光器散热的导热结构的制备方法，半导体激光器包括外延结构以及分别设置于所述外延结构层叠方向两外侧的顶电极和底电极，其特征在于，包括：

提供基体；

在所述基体的表面制备第一导热单元；

在所述第一导热单元远离所述基体的表面制备第一金属单元；

在所述第一金属单元远离所述第一导热单元的表面制备第一助焊单元，所述第一助焊单元在第一方向上的延伸长度大于或等于所述半导体激光器的谐振腔的腔长；所述第一方向为所述半导体激光器的谐振腔的延伸方向；

所述导热结构具有与所述第一方向垂直的第一端面，所述第一助焊单元、所述第一金属单元、所述第一导热单元和所述基体在所述第一端面上齐平。

12.一种应用于半导体激光器散热的导热结构的制备方法，其特征在于，包括：

提供基体；

在所述基体的相背的两个表面分别制备第一导热单元和第二导热单元；

在所述第一导热单元远离所述基体的表面以及在所述第二导热单元远离所述基体的表面同时制备第一金属单元和第二金属单元；；

在所述第一金属单元远离所述第一导热单元的表面以及在所述第二金属单元远离所述第二导热单元的表面同时制备第一助焊单元和第二助焊单元，所述第一助焊单元在第一方向上的延伸长度大于或等于所述半导体激光器的谐振腔的腔长；所述第二助焊单元在所述第一方向上的延伸长度大于或等于所述半导体激光器的谐振腔的腔长；所述第一方向为所述半导体激光器的谐振腔的延伸方向；

并且所述导热结构具有与所述第一方向垂直的第一端面，所述第一助焊单元、所述第一金属单元、所述第一导热单元和所述基体在所述第一端面上齐平。

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